Lungenfunktion und Lungenkrankheiten

Chronische Lungenkrankheiten

Chronische Lungenkrankheiten wie z.B. Bronchitis, COPD - Chronic obstructive pulmonary disease oder Fibrosen bzw. Zustände mit beeinträchtigter Lungenfunktion wie Trauma, Sepsis, oder Cystische Fibrosen gehören zu schwerwiegendsten gesundheitlichen Problemen. Lungenerkrankungen sind weltweit für ca. ein Sechstel aller Todesfälle verantwortlich, allein 600.000 Menschen pro Jahr in der EU.  Sie stellen dabei nicht nur eine schwere menschliche sondern mit konservativ geschätzten 380 Mrd Euro Gesamtkosten pro Jahr auch eine sozio-ökonomische Belastung dar (Artikel: Lunge und Gesundheit in Europa). Es gilt heute als erwiesen, dass das Lungenepithel als Barriere zwischen Luft und Gewebe bzw. Blut eine entscheidende Rolle in der Pathogenese zahlreicher chronischer pulmonaler Erkrankungen spielt.

Lungenepithel

Das respiratorische Epithel besteht aus Alveolen (Lungenbläschen) und den zuführenden Atemwegen. Beide Zonen spielen auch für pathogenetische Prozesse, die mit Lung Remodeling einhergehen, elementare Rollen, wenngleich das Resultat unterschiedlich sein kann: Emphysem im Sinne einer Gewebereduktion und Fibrose im Sinne eines Gewebeüberschusses. Alveoläres Epithel produziert Surfactant, eine lipidreiche, Lipoprotein-ähnliche Substanz, und scheidet diese per Exozytose in den Innenraum (Lumen) der Alveolen aus, bezeichnet als Surfactant-Sekretion.

Sufactant

Surfactant bildet eine dünne Lipidschicht an der Luft-Flüssigkeits-Grenze (ALI) aus, welche die Alveolen durch Reduktion der Oberflächenspannung vor dem Kollaps schützt. Surfactant enthält spezifische Proteine, deren Bedeutung auch für die Pathogenese des Lung Remodellings zunehmend erkannt wird. Lokale oder systemische Fehlfunktionen des Alveolarepithels bzw. Surfactantsystems können z.T. ventilations-bedingte Läsionen und Entzündungsreaktionen hervorrufen, die auf lange Sicht zu einem fibrotischen Umbau führen. Das Konzept mechanischer Mikrotraumen bzw. eines inadäquaten Dehnungsstresses des Epithels, der durch Dysfunktion molekularer Komponenten im Alveolus entsteht, gewinnt verstärkt an Bedeutung.

Transepithelialer Transport

Zunehmende experimentelle Evidenz deutet auch daraufhin, dass die Fähigkeit des Epithels, alveolären Flüssigkeit der Lungenbläschen zu resorbieren, diese Prozesse beeinflusst. Der transepitheliale Flüssigkeitstransport wird durch die Ionenkanäle ENaC (für Na+) und CFTR  (für Cl-) vermittelt. Ein weiterer kürzlich in Typ-II-Pneumozyten identifizierter Kanal (P2X4), könnte auch unter pathophysiologischen Bedingungen (ATP-Freisetzung aus geschädigten Zellen) eine wichtige Rolle bei der alveolären Flüssigkeitsclearance spielen. Auf der anderen Seite können chronisch entzündliche Reaktionen, die mit einer starken Makrophagenaktivierung assoziiert sind, durch die Freisetzung von Elastase und anderen gewebeauflösenden Enzymen zum Verlust von Alveolarepithel und somit zur Abnahme der Gasaustauschfläche  und letztlich zum Emphysem führen. Ein Emphysem ist das langjährige Resultat von COPD und führt neben Störungen der Ventilation zu einer erheblichen Diffusionsstörung.

Gas- und Blutanalyse sowie oxidativer und nitrosativer Stress

Eine besondere Rolle spielt die Lunge bei der Freisetzung von Reactive Oxygen (ROS) bzw. Nitrogen Species (RNS): oxidativer und nitrosativer Stress durch eine vermehrte Bildung von ROS bzw. RNS gelten als ein wesentlicher Faktor sowohl für chronische Erkrankungen wie COPD, Arteriosklerose und Diabetes als auch akuten Stresszuständen wie Trauma, Hämorrhagie und Sepsis. Das Vorhandensein eines „akuten Lungenversagens“ (Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS) bestimmt zudem die Prognose derartiger akut lebensbedrohlicher Erkrankungen.

Jede direkte Schädigung der Lunge führt zu verstärkter Bildung von ROS und RNS bzw. zur Auslösung lokaler und systemischer Entzündungsreaktionen. Das gesamte Herz-minutenvolumen passiert die Lunge, so dass die Zusammensetzung des Ausatemgases ein repräsentatives, perfusions-gewichtetes Mittel der Freisetzung dieser Moleküle ist Schließlich kann die Zusammensetzung des Atemgases diagnostisch genutzt werden: die 13CO2/12CO2-Isotopen-Anreicherung erlaubt  die Quantifizierung von Stoffwechselprozessen des gesamten Organismus bzw.  – bei entsprechender Auswahl des zu markierenden Markermoleküls – einzelner Organe (z.B. der Leber).

3D Darstellung der Lunge
3D Darstellung der Lunge

Autor: Andreas Heinemann, (Zeppelinzentrum Karlsruhe, Germany)
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Bronchial Anatomy
Anatomie der Lunge: Struktur eines Alveolus

Autor: Patrick Lynch
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